JP4145473B2 - Surface light source device and liquid crystal display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、側方から供給された光の進行方向を内部で転換し、出射面から出射させる態様で使用される導光板を用いた面光源装置並びに、そのような面光源装置を液晶表示パネルのライティング、特に、フロントライティングに採用した液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
導光板の側端面から光を導入し、導光板の2つのメジャー面(端面に比して大面積の面)の内の一方を出射面として用いる型の面光源装置は、例えば液晶表示装置のバックライティングやフロントライティングなどに広く使用されている。この種の面光源装置における基本的な性能は使用する導光板に左右されるところが大きい。
【0003】
導光板の基本的な役割は、側端面から導光板の内部に導入された光の進行方向(導光板の出射面にほぼ平行)を転換して出射面から出射させることにある。良く知られているように、導光板に単純な透明板をそのまま用いたのでは方向転換が殆ど行なわれず、十分な輝度が得られない。そこで、出射面からの出射を促進する手段が必要になる。
【0004】
導光板の出射を促進する手段は、(1)導光板(散乱導光板)内部の散乱パワー、(2)光拡散性の出射面(一方のメジャー面)、(3)光拡散性の背面、(4)屈折性の凹凸形状を有する出射面、(5)屈折性の凹凸形状を有する背面のいずれか1つまたはそれらの組合せの手法に支えられている。
【0005】
(1)の手法は高効率で均一な出射光が得られ易い。しかし、出射面からの優先的な出射方向が正面方向から大きく傾いている(通常、出射面に立てた法線に対して60度〜75度程度の傾斜)。従って、正面方向への方向修正を行なう素子(プリズムシート)が必要になる。光拡散シートを使用しても、正面方向の光がある程度増加するが、広範囲に光拡散が生じてエネルギ効率が低下する。
【0006】
(2)、(3)の手法は、高効率で出射光を得ることが難しい。また、(1)の手法と同じく、出射面からの出射は斜めに強く起る。光拡散性を強めると、広範囲散乱や光拡散要素(白色インキ等)による吸収等の要因で効率が上昇しない。
【0007】
(4)の手法は出射面からの光の脱出を容易にするが、積極的な方向転換が施されるものとは言い難い。従って、高効率で出射光を得ることが難しい。特に、導光板の背面から出射面へ向かう光が生成されないことは有利でない。
【0008】
(5)の手法は、導光板の背面から出射面へ向かう光を積極的に生成するものであり、また、広範囲散乱も生じない。従って、正面方向に近い方向へ向かうような指向性を持った出射光を効率的に生成出来る可能性がある。
【0009】
更に、近年多用されるようになっているフロントライト型の液晶表示装置に対する適用性に比較的優れているという利点がある。
しかし実際には、従来の技術では出射面からの出射光の進行方向の制御が十分でなかった。
【0010】
図1(a)〜図1(c)は、上記(5)の手法の適用例を説明する図である。同図において、符号1はアクリル樹脂等の透明材料からなる導光板を表わしており、その一つの側端面が入射端面2を提供している。一次光源Lは入射端面2の近傍に配置され、入射端面2に光を供給する。導光板1の2つのメジャー面3、4の内一方が出射面3とされる。他方の面(「背面」と呼ぶ)には、斜面5a、5bを有する断面形状の凹部5が多数設けられている。
【0011】
一次光源Lから発せられた光は入射端面2を通って導光板1内に導入される。導光板1内を伝播する光(光線G1 、G2 で代表)が凹部5に遭遇すると、一方の斜面5aで内部反射され、出射面3に向けられる。θは内部入射角で、G1'、G2'は、光線G1 、G2 に対応する出射光である。このように、他方の斜面5bに比して入射端面2(一次光源L)に近い斜面5aは、方向転換のための内部反射斜面を提供する。このような作用は、エッジライティング効果と呼ばれることもある。
【0012】
凹部5は、ドット状あるいは線溝状に形成される。また、図1(a)〜図1(c)に示したように、凹部5の形成ピッチdや深さh、あるいは斜面の傾斜φが入射端面2からの距離に応じて変えられている。これにより、出射面3の輝度が入射端面2からの距離に依存して変化することが防止される。
【0013】
しかし、図1(a)〜図1(c)に示したような従来技術には次のような問題点がある。
1.入射端面2から見て、斜面5bの背後に光が届き難い領域が存在する。従って、形成ピッチdを小さくしても、方向変換効率が上昇せず、また、出射面3の輝度にむらが発生し易い。
【0014】
2.入射端面2に平行な面内に関しての方向制御が十分でない。例えば、図1(a)において、光線G1 、G2 の伝播方向が出射面3に平行ではあるが入射端面2に垂直ではない場合、出射光G1'、G2'は入射端面2から見て右方向あるいは左方向へ発散してしまうであろう。入射端面2に垂直でない光成分は実際の導光板中にはかなり存在する。従って、出射光を空間的に望ましい角度乃至角度範囲(入射端面2に関して垂直、平行両方向に関して)に指向させることは困難である。
【0015】
3.出射面3へ向かう光を生成するための方向転換を1回反射(斜面5a)で行なっているために、背面4からの漏光が生じ易い。即ち、方向転換のための反射時に全反射条件が破られ易い。例えば、光線G1 、G2 をほぼ正面方向へ向けるためには、内部入射角θは45度程度とされる。これは典型的な材料であるアクリル樹脂−空気の臨界角とほぼ同じである。従って、やや下向きに伝播する光の相当部分は斜面5aから漏れる。
【0016】
そこで、本発明者は先に図2(b)に示したような突起形状を持つ多数のマイクロレフレクタを背面に設けた導光板と、この面光源装置及び液晶表示装置への適用を提案した(特願平11−38977号)。図2(a)は、マイクロレフレクタの周辺を拡大描示し、内部入力光の光路について説明する斜視図である。なお、説明の便宜上、マイクロレフレクタのサイズは誇張描示されている。
【0017】
図2(a)に示したように、導光板100の背面114には、その一般面から突出するようにマイクロレフレクタ120が形成されている。ここに例示されたマイクロレフレクタ120は、6個の面121、122、123、124、127、128を持つブロック形状を有している。
【0018】
面121、122は、方向転換のための光入力を円滑に行なうための案内部を提供する斜面である。面121、122は嶺126で出会っている。一方、面123、124は、方向転換のための2回反射を行ない、内部出力光を生成する斜面である。面123、124は嶺125で出会っている。面127、128は、マイクロレフレクタ120の幅を制限する側壁である。マイクロレフレクタ120の配向方向は、嶺125の延在方向で代表される。マイクロレフレクタ120の配向方向は、光の主たる入力方向(到来方向)に整列され、それにより、マイクロレフレクタへの入力光がほぼ最大化され、従って、方向転換効率もほぼ最大化される。
【0019】
図2(a)において、入力光は、入射端面112にほぼ垂直な光線H1、H2で代表されている。但し、マイクロレフレクタ120へ実際に入力されるのは、背面114の一般面に正確に平行な光ではなく、やや下向きに進行する光である。背面114の一般面に正確に平行な光や、出射面113に接近する光はマイクロレフレクタ120へ入力されずに奥へ進む。即ち、凹部(図1参照)と異なり、マイクロレフレクタ120は光進行を妨げず、光が届き難い領域を作らない。
【0020】
光線H1、H2の立場で見ると、斜面123、124は谷を形成している。嶺125が谷底に対応する。この谷は、徐々に狭く、且つ、浅くなっている。従って、この谷に進入した光H1、H2はほぼ必ず一方の斜面123または124で先ず内部反射され、次いで他方の斜面124または123で再度内部反射される。
【0021】
その結果、光の進行方向が2度に亙って転換され、出射面113へ向かう内部出力光J1、J2が生成される。内部出力光J1、J2の進行方向は、斜面123、124の方位(空間的な方位)を調整することで、相当範囲で制御出来る。すべてのマイクロレフレクタについて、光の主たる到来方向からの入力光H1、H2から生成される内部出力光J1、J2が出射面113に立てた法線方向にほぼ一致するように斜面123、124の方位を調整すれば、出射面113全体から、ほぼ正面方向へ向かう平行光束に近い出射光が得られる。
【0022】
しかし、このように改良された導光板、あるいはそれを適用した面光源装置にも解決が望まれる問題点が残されている。それは、フロントライト型の液晶表示装置に適用した場合に、表示のコントラストと解像性に不満足な点があるということである。図3を参照してこれを説明する。
【0023】
周知のように、フロントライティングの配置においては、面光源装置の導光板の出射面を通して液晶表示パネルへ供給された光は、表示情報に応じた強度分布をもって導光板に戻って来る。戻り光は導光板の背面から出射するが、一部はマイクロレフレクタにほぼ正面方向から入射する。これを図3にR1、R2で示した。
【0024】
ここで、マイクロレフレクタ120は図2(b)に示した形状を有しているため、マイクロレフレクタ120への戻り光R1、R2の内部入射位置は、殆どいずれかの斜面(図3では斜面121、122への入射を例示)上に来る。その結果、S1、S2で例示したように戻り光R1、R2の屈曲出射が起こる。このように屈曲出射された光は、当然、表示コントラストを低下させ、また、表示情報の鮮明さの低下(表示像のぼけ)を招く。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。即ち、本発明の1つの目的は、側端面(入射端面)から導入された光を出射面から出射させるための導光板を改良し、光の届き難い領域が出来ず、出射方向の制御が容易な導光板を採用することにより、プリズムシートのような方向修正素子を使用しなくとも、入射端面に垂直及び平行な平面内に関して出射方向が制御された照明光を効率的に生成することが出来る面光源装置を提供することにある。
【0027】
本発明のもう1つの目的は、上記面光源装置を液晶表示装置のためのバックライティングあるいはフロントライティングに適用し、希望する方向から観察し易い液晶表示装置を提供することにある。また、特にフロントライティングに適用するに際して、表示像のコントラストと鮮明さの劣化を防止することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明は、台地形状のマイクロレフレクタを導光板の背面に多数設け、台地形状の頂面に隣接した斜面対による2回の内部反射によって方向転換を行なうという基本的な考え方を採用することによって、上記技術課題を解決する。
【0032】
発明は、少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含む面光源装置を改良する。
【0033】
本発明に従った面光源装置においては、導光板の背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供する。
【0034】
そして、各マイクロレフレクタの底面は、導光板背面が延在する一般面とほぼ平行に延在する。また、マイクロレフレクタの谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されている。これにより、マイクロレフレクタの谷に到来した内部入力光は第1の斜面及び第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、導光板の出射面に向かう内部出力光が生成される。谷の谷底の延在方向は、谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、背面上の位置に応じて変化する分布を有してい
【0035】
導光板への光導入は互いに異なる複数の方向からなされても良い。この場合、多数のマイクロレフレクタを、それら複数の方向からなされる光導入に対応してグループ分けし、各グループに属するマイクロレフレクタが、そのグループ分けに対応した分担で内部出力光の生成を行なうように配向されていることが好ましい。
【0036】
このような改良された面光源装置は、液晶パネルを照明する面光源装置に適用することが出来る。特に、液晶パネルを前面から照明する面光源装置を備えたフロントライト型の液晶表示装置に適用した場合には、液晶表示パネルからの戻り光(図3及び関連説明参照)の屈曲出射を低減させることが出来るため、表示コントラストや表示像の鮮明さを損ねないという利点が得られる。
【0037】
【発明の実施の形態】
(1)第1実施形態
図4(a)、(b)に本発明の第1実施形態の概略配置を示した。図4(a)は導光板を背面側から見た平面図で、図4(b)は図4(a)において左方から見た側面図である。
【0038】
図4(a)、図(b)を参照すると、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなる導光板10の1つの側端面が、入射端面12を提供している。棒状の一次光源(冷陰極管)L1が入射端面12に沿って配置され、入射端面12に光を供給する。導光板10の2つのメジャー面13、14の内一方が出射面13とされる。他方の面(背面)14には、多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。
【0039】
出射面13の外側には周知の液晶パネルPLが配置され、バックライト型の液晶表示装置が構成されている。なお、寸法表示はあくまで例示で、単位はmmである。
【0040】
一次光源L1から発せられた光は、入射端面12を通って導光板10内に導入される。導光板1内を伝播する光がマイクロレフレクタ20内に入り込むと、マイクロレフレクタ20内で主として2回反射が起こり、出射面13に向かう光が生成される。マイクロレフレクタ20は方向転換手段であるから、「マイクロレフレクタ20への入力光が出射面13に向かう内部出力光に変換される」と言うことが出来る。個々のマイクロレフレクタ20の形状及び作用の詳細は後述する。
【0041】
図5(a)、図5(b)は、本実施形態におけるマイクロレフレクタ20の配列を説明する図で、図3(a)には図2(a)の円A付近の配列を抽出描示し、図3(b)には図2(a)の円B付近の配列を抽出描示した。本例では、マイクロレフレクタ20の幅方向及び奥行き方向の形成ピッチp、qが、円A付近ではp1=q1=220μmとなっているのに対し、円B付近ではp2=q2=130μmとなっている。
【0042】
ピッチp、qの数値はあくまで例示であるが、マイクロレフレクタ20の形成密度は、入射端面12に比較的近いエリアでは比較的小さく、入射端面12から比較的遠いエリアでは比較的大きく設定されている。図示は省略したが、背面14の全体としては、入射端面12からの距離に応じて形成ピッチが徐々に縮小している。換言すれば、入射端面12からの距離に応じて形成密度(被覆率)が徐々に増大している。具体的な数値は設計的に定められるが、例えば入射端面12に近いエリアAで約10%、遠いエリアBでは約30%とされる。このように被覆率に高低をつけることにより、出射面13全体に亙り輝度が均一化される。なお、被覆率の定義は、下記の通りである。
被覆率=S/(p×q)
ここで、Sはマイクロレフレクタを背面14の一般面で切った断面積、p、qは幅方向、奥行き方向の形成ピッチである。なお、「背面14の一般面」とは、マイクロレフレクタが除去されたと仮定した時に背面14が乗っている平面のことである。
【0043】
個々のマイクロレフレクタ20はほぼひし形の断面を持つ台地形状の突起を形成している。輪郭(ひし形)のサイズは、目視した時に個別認識困難な程度とされている。また、個々のマイクロレフレクタ20のサイズは形成ピッチの下限に対応するので、この観点からも、小サイズであることが好ましい。何故ならば、形成ピッチが大きいと、明暗模様として観察され易くなるからである。サイズの一例は、図5中、r=約80μm、s=約120μmである。
【0044】
ここで注意すべきことは、方向転換の機会を均等化するために、光の主たる到来方向(本例では入射端面12とほぼ垂直)に沿ってマイクロレフレクタ20が整列することは避けられていることである。即ち、マイクロレフレクタ20の配列は正確な2次元マトリックスからはずれていることが好ましい。このような配列態様は、マイクロレフレクタ配列をできるだけ目だたなくする上でも有利である。
【0045】
次に、マイクロレフレクタ20の方向転換作用について図6〜図8を参照して説明する。この説明は、他の実施形態で採用されている導光板のマイクロレフレクタにも適用される。
図6は、導光板10内へ導入され、マイクロレフレクタ20を経て出射面13から出射される代表的な経路を示したものである。なお、説明の便宜上、マイクロレフレクタ20のサイズは誇張描示されている。また、直交座標O−xyzを、xz平面が入射端面12にほぼ平行、xy平面が出射面13にほぼ平行となるように設定する。
【0046】
更に、ここでは、図4の配置に対して、導光板10の出射面13に沿って光拡散シートDFが付加配置され、背面14に沿って正反射性の、あるいは、乱反射性を有する反射シートRFが付加配置されている。液晶表示パネルPLの図示は省略した。
図7(a)、図7(b)、図7(c)は、図6の配置において、マイクロレフレクタ20の方向転換の様子を3つの方向(順に+z軸方向、+x軸方向、+y軸方向)から描いた図である。
【0047】
これらの図から判るように、マイクロレフレクタ20は、導光板10の背面14の一般面から突出するように形成されている。各マイクロレフレクタ20は、5個の面21〜25を持つ台地形状を有している。入力光の方向転換は主として面22、23によって達成される。そのために、面22、23は、xy平面、yz平面、zx平面のいずれに対しても傾斜し、マイクロレフレクタ20の内部に谷を形成している。符号26aで示した位置から符号26bで示した位置まで延びる谷底(外側から見れば嶺)26は、斜面22、23が出会って形成する交線に相当している。
【0048】
本発明の特徴に従い、斜面22、23を含む谷に隣接して、平坦な面21が設けられている。面21は、谷に隣接する「底面」を形成し、面22、23への光入力を幅広く受け入れて方向転換を促すように斜面22、23の手前(光入力側)に設けられている。また、後述するように、フロントライト型のライティングへの適用性を高めるために、底面21は背面14の乗る一般面に平行に延在している。従って、同一般面と底面21との間の距離が台地形状のマイクロレフレクタ20の「高さ」となる。各マイクロレフレクタ20の高さは、例えば10μm〜30μm程度の範囲にある。
【0049】
また、マイクロレフレクタ20全体を同一般面に射影した面積をS20、底面21を同一般面に射影した面積をS21とした時、レシオS21/S20は自由に調整出来る。このレシオS21/S20を十分大きくとることで、斜面22、23への入射ルートを広く確保するとともに、フロントライティングへの適用性(弟6実施形態を参照)を高めることが出来る。
【0050】
その意味で、レシオS21/S20は、0.3以上であることが好ましい。特に、0.4〜0.6は実際的な範囲の一例である。但し、S21/S20を1.0に近付け過ぎると、全体サイズが過大となり、視認され易くなること、分布密度(個数密度)を高くし難くなることに注意すべきである。
【0051】
ここでもう1つ重要なことは、谷底26は底面21側の始端26aから終端26bに向かって背面14の一般面に近付いていることである。換言すれば、斜面22、23を含む谷は、底面21から遠ざかるに従って次第に狭く、且つ、浅くなっている。
【0052】
底面21に隣接する面24、25は、台地形状の「崖」に相当する部分で、ほぼ垂直に切り立っていることが好ましい。これは、フロントライト型の液晶表示装置に適用時に戻り光が面24、25へ入射することを抑えるためである。
【0053】
マイクロレフレクタ20の配向方向は、谷底26の延在方向で代表され得る。ここでは、向きを考慮して、図7(a)に示したように、面21側の始端26aから終端26bに向かうベクトルでマイクロレフレクタ20の配向を代表させる。
【0054】
マイクロレフレクタ20の配向方向(ベクトル26a→26b)は、光の主たる入力方向(到来方向)に整列されている。これにより、マイクロレフレクタ20への入力がほぼ最大化され、それに応じて方向転換効率もほぼ最大化される。
【0055】
図6、図7において、光の主たる到来方向からの入力光は光線H10で代表されている。一次光源L1(図4参照)を採用した配置では、光線H10は入射端面12にほぼ垂直である。但し、マイクロレフレクタ20へ実際に入力されるのは、背面14の一般面(xy平面)に正確に平行な光ではなく、やや下向きに進行する光(背面14に接近する光)である。背面14の一般面に正確に平行な光や、出射面13に接近する光はマイクロレフレクタ20へ入力されずに奥へ進む。即ち、凹部(図1参照)と異なり、マイクロレフレクタ20は光進行を妨げず、光が届き難い領域を作らない。
【0056】
斜面22、23を含む谷は、底面21から離れるに従って狭く、且つ、浅くなっているから、この谷に進入した光H10は一方の斜面22または23で先ず内部反射され、次いで他方の斜面23または22で再度内部反射される。その結果、光の進行方向が2度に亙って3次元的に転換され、出射面13へ向かう内部出力光IOが生成される。
【0057】
内部出力光IOの進行方向は、斜面22、23の方位(空間的な方位)を調整することで、相当範囲で制御出来る。すべてのマイクロレフレクタについて、光の到来方向からの入力光H10から生成される内部出力光IOが出射面13に立てた法線方向にほぼ一致するように斜面22、23の方位を調整すれば、出射面13全体から、ほぼ正面方向へ向かう出力光J10が得られる。
【0058】
また、斜面22、23の方位と配向(谷底26の延在方向)を調整することで、出射面13から離れた一点を目指すような収束性の出力光束も生成可能である。斜面22の方位と斜面23の方位は、必ずしも谷底26に関して対称でなくとも良い。この非対称性により、出力光束の方位制御性は拡張される。
【0059】
このようなマイクロレフレクタ20による方向転換は3次元的に行なわれるので、入射端面12に平行なzx平面内、垂直なyz平面内いずれに関しても方向制御が可能である。そして、2回反射で方向転換を行なうために、1回当りの方向転換角度は一般に小さくて済む。従って、斜面22、23への入射角度は一般に臨界角より十分大きく、漏光は生じ難い。
図6、図7(a)〜(c)中に示した光線H10の経路の概略をまとめれば、次のようになる。先ず、入射端面12の入射点aから導光板10内へ導入された光線H10は1つのマイクロレフレクタ20に接近する。ここで光線H10の立場で見ると、マイクロレフレクタ20の底面21は、斜面22、23の手前で広い間口で入射を受け入れるエントランスに見える。マイクロレフレクタ20内へ進入した光線H10は、斜面22、23のいずれか一方22(または23)に対してかなり大きな入射角で入射し、殆どが全反射される(点b)。次いで、他方の斜面23(または22)で同様に内部反射(全反射)され(点c)、内部出力IOとなる。
【0060】
内部出力光IOは、出射面13から出力されて出力光J10となる(点d)。本例では出力光J10は、更に、光拡散シートDFに入射し(点e)、そこから出射し(点f)、例えば液晶表示パネルPL(図4参照)へ供給される。光拡散シートDFは弱い光拡散によって、マイクロレフレクタ20が有る位置と無い位置の差に対応した微細な明暗ムラを防止するために、必要に応じて設けられる。
【0061】
上述した通り、内部出力光IOあるいは出力光J10の進行方向は、斜面22、23の方位を調整することで、相当の範囲で制御出来る。
【0062】
なお、マイクロレフレクタ20への入力光には底面21で内部反射される成分も含まれる。このような光の多くは、やはり斜面22、23による2回反射を経て内部出力光に変換される。その進行方向は、底面21による反射を経由しない内部出力光IOとは若干異なる。その結果、それに対応する出力光の進行方向は主たる出力光J10の進行方向(本例ではほぼ正面方向)の周辺に分布する。
【0063】
また、マイクロレフレクタ20を含めて背面14からはいくらかの漏光がある。反射部材RFはこの漏光を導光板10へ戻す機能を持つ。このように反射部材RFを経由した光が出射面13から脱出する時の位置は非常に多様であり、マイクロレフレクタ20の位置との対応も殆どなくなっていると考えられる。
【0064】
従って、全体の出力光に主力の出力光J10以外にこれらの光が含まれることは、マイクロレフレクタ20が有る位置と無い位置の差に対応した微細な明暗ムラを防止する上でむしろ有利なことである。
【0065】
(2)第2実施形態
第2実施形態の概略配置は、図4(a)、(b)に示した第1実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板が第1実施形態とは異なる。本実施形態では、導光板10に代えて、図8に示した導光板30が採用される。導光板30は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、その1つの側端面が入射端面32を提供している。
【0066】
棒状の一次光源(冷陰極管)L2が入射端面32に沿って配置され、入射端面32に光を供給する。ここで注意すべきことは、冷陰極管L2の発光部の長さが入射端面32の長さよりやや短いことである。両端は電極部EL1、EL2であり、発光しない。このような設計は、両端の電極部EL1、EL2が突出することを避けるためにしばしば採用される。
【0067】
背面34には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。各マイクロレフレクタ20の形状及びサイズは、導光板10のものと同じで良い。なお、この点は、第3実施形態〜第6実施形態でも同様である。多数のマイクロレフレクタ20の配列と配向については、次のような特徴がある。
【0068】
1.被覆率は入射端面32からの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、入射端面32からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
【0069】
2.電極部EL1、EL2に近いコーナエリアC、Dでは、特に、高密度でマイクロレフレクタ20が配列されている。この配列は、下記4の配向と共に、コーナエリアC、Dに対応する暗部が出射面上に現われるのを防止する。
【0070】
3.背面34の大部分において、マイクロレフレクタ20の配向は入射端面32にほぼ垂直に、奥行き方向に整列している。即ち、各マイクロレフレクタ20の底面21は、斜面22、23を含む谷よりも入射端面32に近い位置にある。
【0071】
4.コーナエリアC、Dでは、マイクロレフレクタ20の配向は入射端面32に対して斜めに傾き、底面21が冷陰極管L2の発光部に向けられている。これは、光の到来方向とマイクロレフレクタ20の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
5.コーナエリアC、Dを除く両側部35、36では、マイクロレフレクタ20の配向は入射端面32に対して小角度傾き、底面21が冷陰極管L2の発光部に向けられている。これは、上記4と同様、光の到来方向とマイクロレフレクタ20の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
【0072】
6.多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0073】
(3)第3実施形態
第3実施形態の概略配置は、第1、第2実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板がそれらとは異なる。本実施形態では、図9に示した導光板40が採用される。導光板40は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、2つの側端面が入射端面42a、42bを提供している。
【0074】
棒状の一次光源(冷陰極管)L3、L4が入射端面42a、42bに沿って配置され、それぞれ入射端面42a、42bに光を供給する。
【0075】
背面44には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
1.マイクロレフレクタの被覆率と配向は次のように設計される。先ず一方の一次光源L3からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布1と呼ぶ)を設計する。次に、他方の一次光源L4からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布2と呼ぶ)を設計する。これら分布1と分布2を重ね合わせて本実施形態における被覆率及び配向の分布(分布1+分布2)とする。
【0076】
分布1に対応するマイクロレフレクタ20は第1のグループを形成し、分布2に対応するマイクロレフレクタ20は第2のグループを形成する。各グループを構成するマイクロレフレクタ20はほぼ同数、ほぼ同形状、ほぼ同サイズであることが好ましい。
【0077】
グループ1による被覆率は、入射端面42aからの距離に応じて増大する一方、第2のグループによるよる被覆率は入射端面42bからの距離に応じて増大する傾向を持つ。従って、全体としては分布1、分布2の勾配が相殺し合う傾向を持つ。図示された例では、ほぼ均一な被覆率のケースが描かれている。
【0078】
マイクロレフレクタ20の配向は、入射端面42にほぼ垂直に整列している。但し、向きについては、グループ1のマイクロレフレクタ20については底面21が入射端面42aに向けられ、グループ2のマイクロレフレクタ20については底面21が入射端面42bに向けられている。
【0079】
なお、このような光の導入方向に応じたグループ分けの手法は、光の導入方向が3方向以上であっても適用可能である。例えば、導光板への光供給が4つの端面を使って4方向から行なわれる場合、光入力方向は4つあると考え、4つのグループに分けてマイクロレフレクタの被覆律分布と配向分布を設計すれば良い。全体の被覆律分布と配向分布分布は、上記2グループの例で説明したように、各グループに属するマイクロレフレクタの被覆律分布と配向分布の重ね合わせとすれば良い。
【0080】
2.第2実施形態と同様、多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0081】
(4)第4実施形態
第4実施形態の概略配置は、第1、第2、第3実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板と一次光源がそれらとは異なる。本実施形態では、図10に示した導光板50と一次光源L5が採用される。導光板50は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、1つの側端面52の中央部に形成された凹部52aが入射端面を提供している。
【0082】
一次光源L5は、例えば1個または複数のLED(発光ダイオード)を用いた点状光源である。ここで、「点状光源」とは、入射端面52の拡がりに比べてはるかに小さな発光面積しか持っていない光源のことである。一次光源L5は、凹部52aを通して導光板への光供給を行なうように配置される。背面54には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
【0083】
1.被覆率は凹部52aからの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、凹部52a(点状光源L5)からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
2.背面54の全体に亙って、マイクロレフレクタ20の配向は、凹部52a(点状光源の発光位置)から放射状に定められている。各マイクロレフレクタ20の底面21は、ほぼ凹部52aに向けられている。
【0084】
3.点状光源L5の放射特性に正面方向への指向性がある場合、側端面52の周辺で、マイクロレフレクタ20の被覆率が高められても良い。特に、コーナエリアE、Fについては被覆率が高められることが好ましい。
【0085】
4.多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0086】
(5)第5実施形態
第5実施形態の概略配置は、上述の諸実施形態、特に第4実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板と一次光源がそれらとは異なる。本実施形態では、図11に示した導光板60と2個の一次光源L6、L7が採用される。導光板60は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、1つの側端面62の2個所に形成された凹部62a、62bが入射端面を提供している。
【0087】
一次光源L6、L7は、第4実施形態で用いたと同様の点状光源で、それぞれ凹部62a、62bを通して導光板に光供給を行なうように配置される。背面64には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
【0088】
1.被覆率と配向は凹部62a、62bとの位置関係を考慮して、輝度変化が出射面に現れないように設計される。
【0089】
先ず一方の一次光源L6からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布3と呼ぶ)を設計する。この分布3に従うマイクロレフレクタ群が1つのグループ(グループ3と呼ぶ)を形成する。
【0090】
次に、他方の一次光源L7からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布4と呼ぶ)を設計する。この分布4に従うマイクロレフレクタ群がもう1つのグループ(グループ4と呼ぶ)を形成する。これら分布3と分布4を重ね合わせて本実施形態における被覆率及び配向の分布(グループ3が従う分布3+グループ4が従う分布4)とする。
【0091】
分布3による被覆率は一次光源L6からの距離に応じて増大する一方、分布4による被覆率は一次光源L7からの距離に応じて増大する傾向を持つ。従って、全体としては分布3、分布4の勾配は相殺し合う傾向を持つ。図示された例では、ほぼ均一な被覆率のケースが描かれている。
【0092】
マイクロレフレクタ20の配向は、グループ3については分布3に従って凹部62aから放射状に定められ、グループ4については分布4に従って凹部62bから放射状に定められている。前者(グループ3)の各マイクロレフレクタ20の底面21は凹部62a側にあり、後者(グループ3)の各マイクロレフレクタ20の底面21は凹部62b側にある。
【0093】
このように、1つの端面の複数の個所から光供給がなされ、それによってマイクロレフレクタへの主たる光導入方向が複数存在する場合にも、弟3実施形態で述べたと同様のグループ分けが可能である。なお、本実施形態では1つの端面の2個所から光供給が行なわれる例を示したが、3個所以上からの光供給が行なわれる場合であれば、それに応じてグループ数を増やして、グループ毎に被覆率分布と配向分布を設計すれば良い。
【0094】
2.多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0095】
(6)第6実施形態
本発明の面光源装置は、図12に示したように、フロントライト型の液晶ディスプレイのフロントライティングにも適用可能である。これを第6実施形態とする。
【0096】
フロントライティングに用いられる面光源装置の導光板70は、液晶パネルの前面(観察面側)に配置される。液晶パネルは、散乱フィルム(光拡散シート)101、偏光板102、第1のガラス基板103、カラーフィルタ104、液晶セル105、鏡面反射電極106、第2のガラス基板107から構成されている。カラーフィルタ104は3原色領域R、G、Bを有している。このような液晶パネルの構造及び動作原理は周知であるから詳しい説明は省略する。
【0097】
導光板70及び一次光源(図示省略)は、第1実施形態〜第5実施形態のいずれに従っても良い。
【0098】
フロントライティングに用いられる導光板70は、出射面73が液晶パネルに正対するように配置される。符号H、J、Kで示したように、導光板70内を伝播する光Hがマイクロレフレクタ20に入力されると、前述した2回内部反射により内部出力光Jに変換される。内部出力光Jは、出射面73からほぼ垂直に出射され、液晶パネルに入射する。
【0099】
内部出力光Jは、散乱フィルム(光拡散シート)101、偏光板102、第1のガラス基板103、カラーフィルタ104、液晶セル105を経て鏡面反射電極106で反射される。反射された光は、再度液晶セル105、カラーフィルタ104、ガラス基板103を経て偏光板102に至る。偏光板102の透過/遮断は、対応画素の鏡面反射電極106のON/OFF(偏光状態)に依存して決まる。鏡面反射電極106が偏光板102の透過を許容すれば、散乱フィルム(光拡散シート)101、導光板70を経て背面74より表示光Kとして出射される。
【0100】
ここで重要なことは、背面74でマイクロレフレクタ20に遭遇した光についても、その多くは平坦な底面21からほぼ正面方向に出射されることである。図13はこの様子を表わしている。マイクロレフレクタ20は図7(a)〜(c)及び本図13に示したように台形形状を有しているため、液晶表示パネルから導光板70内へ戻り、マイクロレフレクタ20に遭遇した戻り光R10、R20の内部入射位置は、高い確率で底面21上に来る。底面21は背面74の一般面とほぼ平行であるから、そこからの出射は背面74のマイクロレフレクタ20の無い部分からの出射と等価的に起る。
【0101】
液晶表示パネルへの光供給は通常ほぼ正面方向に行なわれるから、戻り光R10、R20は底面21にほぼ垂直に入射し、屈曲なしでほぼ正面方向への出射光S10、S20となる。これにより、表示コントラストの低下と表示情報の鮮明さの低下(表示像のぼけ)が防止される(図3及び関連説明と比較参照のこと)。
【0102】
以上説明した諸実施形態、特に第6実施形態で用いられる導光板の出射面は反射防止層で被覆されることが好ましい。図14は、反射防止層を導光板の出射面に設けた場合の断面を表わしている。反射防止層ARは例えばMgF2 (屈折率:1.38)からなり、厚さtは例えば99.6μmである。導光板はポリカボネート(PC)製(屈折率:1.58)である。
【0103】
出射面に内部入射した光は、PC−MgF2 界面及びMgF2 −空気界面で一部は反射し、一部は透過する。周知のように、反射防止層ARの厚さ、屈折率、波長、入射角度の相互関係を、透過光Tが干渉で強め合い、反射光Rが干渉で弱め合うように設定されれば、反射防止層として機能する。
【0104】
図15には、垂直入射光について、上記諸条件における反射率(100%−出射率)を、反射防止層なしのケースとともに、波長の関数で示した。同グラフから理解されるように、反射防止層なしのケース(NCT)では、反射率はほぼ一定値3.8%である。一方、上記反射防止層が用いられたケース(CT)では、ほぼ400μm〜780μmの波長領域で、1%〜2%程度の低い反射率が得られる。
【0105】
従って、このような反射防止層を諸実施形態、特に第6実施形態で用いられる導光板の出射面に設ければ、出射面からの出射が円滑になり、反射光に由来するノイズが低減される。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従えば、導光板の背面に分布させたマイクロレフレクタが、主として2回内部反射に基づいて効率的な方向転換機能を果たす。その際の内部出力光の方向は、マイクロレフレクタの平坦な面に隣接した谷に含まれる斜面対の方位で調整可能である。
【0107】
従って、散乱や拡散に頼る方向転換とは異なり、無用な方向への光出射が防止される。また、プリズムシートなしでも、正面方向あるいはその周辺方向への出射が達成出来る。
【0108】
更に、液晶表示パネルなどの被照明対象物に対してフロントライティングの配置を採用しても、被照明対象物からの戻り光の経路がマイクロレフレクタによって乱される程度が軽減される。特にフロントライティング型の液晶表示装置への適用時に、表示像のコントラストと鮮明さの劣化を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術について説明する図で、(a)はエッジライティング効果の原理、(b)及び(c)は、凹部の形成態様を例示した図である。
【図2】先行技術(先願に係る関連発明)について説明する図で、(a)はマイクロレフレクタの周辺を拡大描示し、内部入力光の光路について説明する斜視図、(b)はマイクロレフレクタの形状を示した斜視図である。
【図3】図2に示した先行技術をフロントライティングに適用した場合の問題点について説明する図である。
【図4】本発明の第1実施形態の概略配置を、(a)は導光板の背面側から見た平面図で、(b)は図1(a)において左方から見た側面図でそれぞれ表わしたものである。
【図5】第1実施形態におけるマイクロレフレクタ20の配列について、(a)は図4(a)の円A付近の配列を抽出描示し、(b)は図4(a)の円B付近の配列を抽出描示したものである。
【図6】導光板への入力光が、マイクロレフレクタによる方向転換を経て出射面から出射されるまでの代表的な経路(メインルート)について説明する図である。
【図7】図6の配置において、マイクロレフレクタ20の方向転換の様子を3つの方向から描いた図で、(a)は+z軸方向から、(b)は+x軸方向から、(c)は+y軸方向からの描示である。
【図8】第2実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図9】第4実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図10】第2実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図11】第5実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図12】フロントライト型の液晶ディスプレイのフロントライティングに適用した第6実施形態を説明する断面図である。
【図13】本発明をフロントライティングに適用した場合の利点について説明する図である。
【図14】反射防止膜の作用を説明する図である。
【図15】反射防止膜の特性を例示したグラフである。
【符号の説明】
1、10、30、40、50、60、70、100 導光板
2、12、32、42a、42b 入射端面
3、13、73 出射面(一方のメジャー面)
4、14、34、44、54、64、74 背面(他方のメジャー面)
5 凹部
5a、5b 斜面
20、120 マイクロレフレクタ
21 底面)
22、23、121〜124 斜面
24、25 切り立った面
26 谷底
26a 谷底の始端
26b 谷底の終端
35、36 導光板の側部
52、62 導光板の側端面
52a、62a、62b 凹部(入射端面)
101 散乱フィルム(光拡散シート)
102 偏光板
103、107 ガラス基板
104 カラーフィルタ
105 液晶セル
106 鏡面反射電極
C、D、E、F 導光板のコーナエリア
L、L1〜L7 一次光源
LP 液晶パネル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a light guide used in a mode in which the traveling direction of light supplied from the side is changed internally and emitted from the emission surface. Board Used surface light source device And In addition, the present invention relates to a liquid crystal display device in which such a surface light source device is employed for lighting of a liquid crystal display panel, particularly for front lighting.
[0002]
[Prior art]
A surface light source device of a type in which light is introduced from a side end surface of a light guide plate and one of two major surfaces (surface having a larger area than the end surface) of the light guide plate is used as an output surface is, for example, a liquid crystal display device Widely used for back lighting and front lighting. The basic performance of this type of surface light source device largely depends on the light guide plate used.
[0003]
The basic role of the light guide plate is to change the traveling direction of light introduced into the light guide plate from the side end surface (substantially parallel to the light exit surface of the light guide plate) and emit the light from the light exit surface. As is well known, if a simple transparent plate is used as it is, the direction is hardly changed and sufficient luminance cannot be obtained. Therefore, a means for promoting emission from the emission surface is required.
[0004]
Means for promoting the emission of the light guide plate are (1) scattering power inside the light guide plate (scattering light guide plate), (2) light diffusing exit surface (one major surface), (3) light diffusing back surface, It is supported by a method of any one of (4) an exit surface having a refractive uneven shape, or (5) a back surface having a refractive uneven shape, or a combination thereof.
[0005]
The method (1) is easy to obtain high-efficiency and uniform outgoing light. However, the preferential emission direction from the emission surface is greatly inclined from the front direction (usually, an inclination of about 60 to 75 degrees with respect to the normal line standing on the emission surface). Therefore, an element (prism sheet) for correcting the direction in the front direction is required. Even if the light diffusing sheet is used, the light in the front direction increases to some extent, but light diffusion occurs in a wide range and the energy efficiency is lowered.
[0006]
In the methods (2) and (3), it is difficult to obtain outgoing light with high efficiency. Further, similarly to the method (1), the emission from the emission surface strongly occurs obliquely. Increasing light diffusivity does not increase efficiency due to factors such as wide-range scattering and absorption by light diffusing elements (white ink, etc.).
[0007]
The method (4) facilitates the escape of light from the exit surface, but it cannot be said that a positive direction change is performed. Therefore, it is difficult to obtain outgoing light with high efficiency. In particular, it is not advantageous that light traveling from the back surface of the light guide plate toward the exit surface is not generated.
[0008]
The method (5) positively generates light traveling from the back surface of the light guide plate to the exit surface, and does not cause wide-range scattering. Therefore, there is a possibility that emitted light having directivity that goes in a direction close to the front direction can be efficiently generated.
[0009]
Furthermore, there is an advantage that it is relatively excellent in applicability to a front light type liquid crystal display device which has been frequently used in recent years.
However, in practice, the conventional technique has not been sufficient to control the traveling direction of the outgoing light from the outgoing surface.
[0010]
Fig.1 (a)-FIG.1 (c) are the figures explaining the application example of the method of said (5). In the figure, reference numeral 1 denotes a light guide plate made of a transparent material such as acrylic resin, and one side end surface thereof provides an incident end surface 2. The primary light source L is disposed in the vicinity of the incident end face 2 and supplies light to the incident end face 2. One of the two major surfaces 3 and 4 of the light guide plate 1 is an emission surface 3. The other surface (referred to as “rear surface”) is provided with a large number of recesses 5 having a cross-sectional shape having inclined surfaces 5a and 5b.
[0011]
The light emitted from the primary light source L is introduced into the light guide plate 1 through the incident end face 2. When light propagating in the light guide plate 1 (represented by light rays G 1 and G 2) encounters the recess 5, it is internally reflected by one inclined surface 5 a and directed toward the exit surface 3. θ is an internal incident angle, and G1 ′ and G2 ′ are outgoing lights corresponding to the light beams G1 and G2. Thus, the slope 5a closer to the incident end face 2 (primary light source L) than the other slope 5b provides an internal reflection slope for changing the direction. Such an action is sometimes called an edge lighting effect.
[0012]
The recess 5 is formed in a dot shape or a line groove shape. Further, as shown in FIGS. 1A to 1C, the formation pitch d and depth h of the recess 5 or the slope φ of the inclined surface is changed according to the distance from the incident end face 2. This prevents the luminance of the exit surface 3 from changing depending on the distance from the incident end surface 2.
[0013]
However, the conventional techniques as shown in FIGS. 1A to 1C have the following problems.
1. There is a region where it is difficult for light to reach behind the inclined surface 5b when viewed from the incident end face 2. Therefore, even if the formation pitch d is reduced, the direction conversion efficiency does not increase, and the brightness of the emission surface 3 is likely to be uneven.
[0014]
2. Direction control in the plane parallel to the incident end face 2 is not sufficient. For example, in FIG. 1A, when the propagation directions of the light beams G1 and G2 are parallel to the exit surface 3 but not perpendicular to the entrance end surface 2, the exit lights G1 ′ and G2 ′ are in the right direction when viewed from the entrance end surface 2. Or it will diverge to the left. A light component that is not perpendicular to the incident end face 2 exists in the actual light guide plate. Therefore, it is difficult to direct the emitted light in a spatially desirable angle or angle range (perpendicular to both the incident end face 2 and both parallel directions).
[0015]
3. Since the direction change for generating the light toward the emission surface 3 is performed once by reflection (slope 5a), light leakage from the back surface 4 is likely to occur. That is, the total reflection condition is easily broken at the time of reflection for direction change. For example, in order to direct the light beams G1 and G2 substantially in the front direction, the internal incident angle θ is set to about 45 degrees. This is almost the same as the critical angle of a typical material, acrylic resin-air. Therefore, a considerable part of the light propagating slightly downward leaks from the slope 5a.
[0016]
Therefore, the present inventor previously proposed a light guide plate having a large number of micro-reflectors having projections as shown in FIG. 2B on the back surface, and application to the surface light source device and the liquid crystal display device. (Japanese Patent Application No. 11-38977). FIG. 2A is a perspective view illustrating the optical path of the internal input light by enlarging the periphery of the micro-reflector. For convenience of explanation, the size of the micro reflector is exaggerated.
[0017]
As shown in FIG. 2A, the micro reflector 120 is formed on the back surface 114 of the light guide plate 100 so as to protrude from the general surface. The micro reflector 120 illustrated here has a block shape having six surfaces 121, 122, 123, 124, 127, 128.
[0018]
The surfaces 121 and 122 are slopes that provide a guide for smoothly performing light input for changing directions. Faces 121 and 122 meet at 嶺 126. On the other hand, the surfaces 123 and 124 are inclined surfaces that perform reflection twice for direction change and generate internal output light. Surfaces 123 and 124 meet at 嶺 125. The surfaces 127 and 128 are side walls that limit the width of the micro reflector 120. The orientation direction of the micro reflector 120 is represented by the extending direction of the ridge 125. The orientation direction of the micro-reflector 120 is aligned with the main input direction (arrival direction) of light, so that the input light to the micro-reflector is substantially maximized, and thus the direction changing efficiency is also substantially maximized.
[0019]
In FIG. 2A, the input light is represented by light rays H <b> 1 and H <b> 2 that are substantially perpendicular to the incident end face 112. However, what is actually input to the micro-reflector 120 is not exactly light parallel to the general surface of the back surface 114 but light traveling slightly downward. Light that is exactly parallel to the general surface of the back surface 114 or light that approaches the exit surface 113 travels to the back without being input to the micro-reflector 120. That is, unlike the concave portion (see FIG. 1), the micro reflector 120 does not prevent the light from traveling and does not create a region where it is difficult for light to reach.
[0020]
When viewed from the standpoint of the rays H1 and H2, the slopes 123 and 124 form valleys. Coral 125 corresponds to the valley bottom. This valley is gradually narrower and shallower. Therefore, the lights H1 and H2 entering the valley are almost always first internally reflected by one slope 123 or 124, and then internally reflected again by the other slope 124 or 123.
[0021]
As a result, the traveling direction of the light is changed by 2 degrees, and the internal output lights J1 and J2 toward the emission surface 113 are generated. The traveling directions of the internal output lights J1 and J2 can be controlled in a considerable range by adjusting the direction (spatial direction) of the inclined surfaces 123 and 124. For all the micro-reflectors, the slopes 123 and 124 so that the internal output lights J1 and J2 generated from the input lights H1 and H2 from the main light arrival directions substantially coincide with the normal direction set up on the emission surface 113. If the azimuth is adjusted, the exit light 113 can be obtained from the entire exit surface 113, which is almost a parallel light beam directed in the front direction.
[0022]
However, the light guide plate improved as described above or the surface light source device to which the light guide plate is applied still have a problem that is desired to be solved. That is, when applied to a front light type liquid crystal display device, there is an unsatisfactory point in display contrast and resolution. This will be described with reference to FIG.
[0023]
As is well known, in the front lighting arrangement, the light supplied to the liquid crystal display panel through the emission surface of the light guide plate of the surface light source device returns to the light guide plate with an intensity distribution corresponding to display information. Although the return light is emitted from the back surface of the light guide plate, a part of the light enters the micro reflector from the front direction. This is indicated by R1 and R2 in FIG.
[0024]
Here, since the microreflector 120 has the shape shown in FIG. 2B, the internal incident position of the return lights R1 and R2 to the microreflector 120 is almost any slope (in FIG. 3). The incident on the slopes 121 and 122 is exemplified). As a result, the return lights R1 and R2 are bent and emitted as illustrated in S1 and S2. Naturally, the light that is bent and emitted in this manner lowers the display contrast, and also causes a decrease in the sharpness of the display information (blurred display image).
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is, one object of the present invention is to improve the light guide plate for emitting light introduced from the side end face (incident end face) from the exit face, making it difficult for the area to reach the light and easily controlling the exit direction. By adopting a simple light guide plate, it is possible to efficiently generate illumination light whose emission direction is controlled in a plane perpendicular to and parallel to the incident end face without using a direction modifying element such as a prism sheet. Provide surface light source device There is to be.
[0027]
The present invention No Another object is to provide a liquid crystal display device that is easy to observe from a desired direction by applying the surface light source device to backlighting or front lighting for a liquid crystal display device. Another object is to prevent deterioration of the contrast and sharpness of the display image, particularly when applied to front lighting.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
By adopting the basic concept of providing a number of plate-shaped micro-reflectors on the back of the light guide plate and changing the direction by two internal reflections by a pair of slopes adjacent to the plate-shaped top surface. Solve the above technical problems.
[0032]
Book The invention improves a surface light source device including a light guide plate having at least one primary light source, two major surfaces providing an exit surface and a back surface, and a side end surface for introducing light from the primary light source.
[0033]
In the surface light source device according to the present invention, the back surface of the light guide plate includes a plurality of micro reflectors for changing the light traveling direction, and each micro reflector projects in a plateau shape from a general surface on which the back surface extends. Each microreflector provides a flat bottom surface and a valley adjacent to the bottom surface.
[0034]
And the bottom face of each micro reflector extends substantially parallel to the general surface on which the rear surface of the light guide plate extends. Further, the valley of the micro reflector includes the first slope and the second slope, and is formed so that the width becomes narrower and shallower as the distance from the bottom surface increases. Thereby, the internal input light that has arrived at the valley of the micro-reflector is internally reflected by one of the first slope and the second slope, and then internally reflected by the other slope, toward the exit surface of the light guide plate. Internal output light is generated. The extending direction of the valley bottom is So that it almost coincides with the main arrival direction of the internal input light to the valley, It has a distribution that changes depending on the position on the back Ru .
[0035]
Light may be introduced into the light guide plate from a plurality of different directions. In this case, a large number of micro-reflectors are grouped according to the light introduction made from the plurality of directions, and the micro-reflectors belonging to each group generate internal output light by sharing corresponding to the grouping. It is preferably oriented so that it does.
[0036]
Such an improved surface light source device can be applied to a surface light source device that illuminates a liquid crystal panel. In particular, when applied to a front light type liquid crystal display device provided with a surface light source device that illuminates the liquid crystal panel from the front, bending emission of return light from the liquid crystal display panel (see FIG. 3 and related description) is reduced. Therefore, there is an advantage that the display contrast and the clearness of the display image are not impaired.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) First embodiment
4A and 4B show a schematic arrangement of the first embodiment of the present invention. 4A is a plan view of the light guide plate viewed from the back side, and FIG. 4B is a side view of the light guide plate viewed from the left in FIG. 4A.
[0038]
4A and 4B, one side end surface of the light guide plate 10 made of a transparent material such as acrylic resin, polycarbonate (PC), or cycloolefin resin provides the incident end surface 12. . A rod-shaped primary light source (cold cathode tube) L <b> 1 is disposed along the incident end face 12 and supplies light to the incident end face 12. One of the two major surfaces 13 and 14 of the light guide plate 10 is an emission surface 13. A number of micro reflectors 20 are provided on the other surface (back surface) 14.
[0039]
A well-known liquid crystal panel PL is arranged outside the emission surface 13 to constitute a backlight type liquid crystal display device. In addition, a dimension display is an illustration to the last and a unit is mm.
[0040]
The light emitted from the primary light source L1 is introduced into the light guide plate 10 through the incident end face 12. When the light propagating in the light guide plate 1 enters the micro reflector 20, the light is mainly reflected twice in the micro reflector 20, and light directed toward the emission surface 13 is generated. Since the micro-reflector 20 is a direction changing means, it can be said that “the input light to the micro-reflector 20 is converted into the internal output light directed to the exit surface 13”. Details of the shape and operation of each micro-reflector 20 will be described later.
[0041]
5 (a) and 5 (b) are diagrams for explaining the arrangement of the micro-reflectors 20 in the present embodiment, and FIG. 3 (a) shows an extraction of the arrangement around the circle A in FIG. 2 (a). In FIG. 3B, the arrangement around the circle B in FIG. 2A is extracted and depicted. In this example, the formation pitches p and q in the width direction and the depth direction of the micro reflector 20 are p1 = q1 = 220 μm in the vicinity of the circle A, whereas p2 = q2 = 130 μm in the vicinity of the circle B. ing.
[0042]
Although the numerical values of the pitches p and q are merely examples, the formation density of the micro reflectors 20 is set to be relatively small in an area relatively close to the incident end face 12 and relatively large in an area relatively far from the incident end face 12. Yes. Although not shown, the formation pitch of the entire rear surface 14 is gradually reduced according to the distance from the incident end surface 12. In other words, the formation density (coverage) gradually increases according to the distance from the incident end face 12. Specific numerical values are determined by design. For example, the value is about 10% in the area A close to the incident end face 12 and about 30% in the area B far away. In this way, by increasing or decreasing the coverage, the luminance is made uniform over the entire emission surface 13. In addition, the definition of a coverage is as follows.
Coverage = S / (p × q)
Here, S is a cross-sectional area obtained by cutting the micro-reflector along the general surface of the back surface 14, and p and q are formation pitches in the width direction and the depth direction. The “general surface of the back surface 14” is a plane on which the back surface 14 is on the assumption that the micro-reflector is removed.
[0043]
Each micro-reflector 20 forms a plate-like projection having a substantially diamond-shaped cross section. The size of the outline (diamond) is such that it is difficult to recognize individually when visually observed. In addition, since the size of each micro reflector 20 corresponds to the lower limit of the formation pitch, it is preferable that the size is small from this viewpoint. This is because when the formation pitch is large, it is easy to observe as a bright and dark pattern. An example of the size is r = about 80 μm and s = about 120 μm in FIG.
[0044]
It should be noted here that in order to equalize the direction of turning, it is avoided that the micro-reflector 20 is aligned along the main light arrival direction (in this example, substantially perpendicular to the incident end face 12). It is that you are. That is, the arrangement of the micro reflectors 20 is preferably deviated from an accurate two-dimensional matrix. Such an arrangement is also advantageous in making the microreflector arrangement as obscure as possible.
[0045]
Next, the direction changing action of the micro reflector 20 will be described with reference to FIGS. This description also applies to the microreflector of the light guide plate employed in other embodiments.
FIG. 6 shows a typical path that is introduced into the light guide plate 10 and exits from the exit surface 13 via the micro reflector 20. For convenience of explanation, the size of the micro reflector 20 is exaggerated. The orthogonal coordinates O-xyz are set so that the xz plane is substantially parallel to the incident end face 12 and the xy plane is substantially parallel to the exit face 13.
[0046]
Further, here, a light diffusing sheet DF is additionally disposed along the emission surface 13 of the light guide plate 10 with respect to the arrangement of FIG. 4, and is a reflective sheet having specular reflection or irregular reflection along the back surface 14. RF is additionally arranged. Illustration of the liquid crystal display panel PL is omitted.
7 (a), 7 (b), and 7 (c) show how the micro-reflector 20 changes direction in three directions (in the + z-axis direction, + x-axis direction, and + y-axis in order) in the arrangement of FIG. It is a figure drawn from (direction).
[0047]
As can be seen from these drawings, the micro-reflector 20 is formed so as to protrude from the general surface of the back surface 14 of the light guide plate 10. Each micro reflector 20 has a plateau shape having five surfaces 21 to 25. The redirecting of the input light is achieved mainly by the surfaces 22 and 23. Therefore, the surfaces 22 and 23 are inclined with respect to any of the xy plane, the yz plane, and the zx plane, and a valley is formed inside the micro reflector 20. A valley bottom (an ridge as viewed from the outside) 26 extending from the position indicated by the reference numeral 26a to the position indicated by the reference numeral 26b corresponds to an intersection formed by the slopes 22 and 23 meeting each other.
[0048]
In accordance with a feature of the present invention, a flat surface 21 is provided adjacent to the valley including the slopes 22,23. The surface 21 forms a “bottom surface” adjacent to the valley, and is provided in front of the inclined surfaces 22 and 23 (on the light input side) so as to accept a wide range of light input to the surfaces 22 and 23 and promote a change of direction. Further, as will be described later, the bottom surface 21 extends in parallel with the general surface on which the back surface 14 rides in order to enhance the applicability to the front light type lighting. Therefore, the distance between the general surface and the bottom surface 21 is the “height” of the plate-shaped micro reflector 20. The height of each micro reflector 20 is in the range of about 10 μm to 30 μm, for example.
[0049]
Further, the ratio S21 / S20 can be freely adjusted, where S20 is the area where the entire micro-reflector 20 is projected onto the same general surface, and S21 is the area where the bottom surface 21 is projected onto the same general surface. By making this ratio S21 / S20 sufficiently large, it is possible to secure a wide incident route to the slopes 22 and 23 and to improve the applicability to front lighting (see the embodiment of Brother 6).
[0050]
In that sense, the ratio S21 / S20 is preferably 0.3 or more. In particular, 0.4 to 0.6 is an example of a practical range. However, it should be noted that if S21 / S20 is too close to 1.0, the overall size becomes excessive, and it becomes easy to visually recognize and it is difficult to increase the distribution density (number density).
[0051]
Here, another important point is that the valley bottom 26 approaches the general surface of the back surface 14 from the start end 26a on the bottom surface 21 side toward the end end 26b. In other words, the valley including the slopes 22 and 23 becomes gradually narrower and shallower as the distance from the bottom surface 21 increases.
[0052]
It is preferable that the surfaces 24 and 25 adjacent to the bottom surface 21 are substantially vertical at a portion corresponding to a plateau-shaped “cliff”. This is to prevent the return light from entering the surfaces 24 and 25 when applied to the front light type liquid crystal display device.
[0053]
The orientation direction of the micro reflector 20 can be represented by the extending direction of the valley bottom 26. Here, in consideration of the orientation, as shown in FIG. 7A, the orientation of the micro reflector 20 is represented by a vector from the start end 26a on the surface 21 side to the end 26b.
[0054]
The orientation direction of the micro-reflector 20 (vector 26a → 26b) is aligned with the main input direction (arrival direction) of light. ing . As a result, the input to the micro-reflector 20 is substantially maximized, and the direction change efficiency is substantially maximized accordingly.
[0055]
In FIG. 6 and FIG. 7, the input light from the main light arrival direction is represented by the light beam H10. In the arrangement employing the primary light source L1 (see FIG. 4), the light beam H10 is substantially perpendicular to the incident end face 12. However, what is actually input to the micro-reflector 20 is not exactly light parallel to the general surface (xy plane) of the back surface 14 but light traveling downward (light approaching the back surface 14). Light that is exactly parallel to the general surface of the back surface 14 or light that approaches the exit surface 13 travels to the back without being input to the micro-reflector 20. That is, unlike the concave portion (see FIG. 1), the micro-reflector 20 does not prevent the light from traveling and does not create a region where it is difficult for light to reach.
[0056]
Since the valley including the slopes 22 and 23 becomes narrower and shallower as the distance from the bottom surface 21 increases, the light H10 that has entered the valley is first internally reflected by one slope 22 or 23, and then the other slope 23 or 23 At 22 again, it is internally reflected again. As a result, the traveling direction of the light is three-dimensionally changed twice, and the internal output light IO directed toward the emission surface 13 is generated.
[0057]
The traveling direction of the internal output light IO can be controlled within a considerable range by adjusting the direction (spatial direction) of the inclined surfaces 22 and 23. For all the micro-reflectors, if the orientations of the inclined surfaces 22 and 23 are adjusted so that the internal output light IO generated from the input light H10 from the light arrival direction substantially coincides with the normal direction set up on the emission surface 13. Thus, output light J10 heading substantially in the front direction is obtained from the entire emission surface 13.
[0058]
Further, by adjusting the orientation and orientation of the inclined surfaces 22 and 23 (extending direction of the valley bottom 26), it is possible to generate a convergent output light beam that aims at one point away from the exit surface 13. The orientation of the slope 22 and the orientation of the slope 23 are not necessarily symmetric with respect to the valley bottom 26. Due to this asymmetry, the azimuth controllability of the output light beam is extended.
[0059]
Since the direction change by the micro-reflector 20 is performed three-dimensionally, the direction can be controlled both in the zx plane parallel to the incident end face 12 and in the vertical yz plane. Since the direction change is performed by two reflections, the direction change angle per time is generally small. Therefore, the incident angle to the inclined surfaces 22 and 23 is generally sufficiently larger than the critical angle, and light leakage is unlikely to occur.
The outline of the path of the light beam H10 shown in FIGS. 6 and 7A to 7C is summarized as follows. First, the light beam H <b> 10 introduced into the light guide plate 10 from the incident point “a” on the incident end face 12 approaches one micro reflector 20. Here, when viewed from the standpoint of the light beam H10, the bottom surface 21 of the micro-reflector 20 appears to be an entrance that accepts incident light in front of the slopes 22 and 23 with a wide frontage. The light beam H10 that has entered the micro-reflector 20 is incident on one of the inclined surfaces 22 and 23 (or 23) at a considerably large incident angle, and is almost totally reflected (point b). Next, internal reflection (total reflection) is similarly performed on the other inclined surface 23 (or 22) (point c), and an internal output IO is obtained.
[0060]
The internal output light IO is output from the emission surface 13 and becomes output light J10 (point d). In this example, the output light J10 further enters the light diffusion sheet DF (point e), exits there (point f), and is supplied to, for example, the liquid crystal display panel PL (see FIG. 4). The light diffusion sheet DF is provided as necessary in order to prevent fine light and dark unevenness corresponding to the difference between the position where the micro reflector 20 is present and the position where the micro reflector 20 is not present due to weak light diffusion.
[0061]
As described above, the traveling direction of the internal output light IO or the output light J10 can be controlled within a considerable range by adjusting the orientations of the inclined surfaces 22 and 23.
[0062]
The input light to the micro reflector 20 includes a component that is internally reflected by the bottom surface 21. Most of such light is also converted to internal output light after being reflected twice by the inclined surfaces 22 and 23. The traveling direction is slightly different from the internal output light IO that does not pass through the reflection by the bottom surface 21. As a result, the traveling direction of the corresponding output light is distributed around the traveling direction of the main output light J10 (substantially the front direction in this example).
[0063]
In addition, there is some light leakage from the back surface 14 including the micro reflector 20. The reflection member RF has a function of returning this light leakage to the light guide plate 10. Thus, the position when the light passing through the reflecting member RF escapes from the emission surface 13 is very diverse, and it is considered that the correspondence with the position of the micro reflector 20 is almost lost.
[0064]
Therefore, the inclusion of these lights in addition to the main output light J10 in the overall output light is rather advantageous in preventing fine light and dark unevenness corresponding to the difference between the position where the micro reflector 20 is present and the position where it is absent. That is.
[0065]
(2) Second embodiment
The schematic arrangement of the second embodiment is similar to the schematic arrangement of the first embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, but the employed light guide plate is different from the first embodiment. In this embodiment, the light guide plate 30 shown in FIG. The light guide plate 30 is made of a transparent material such as acrylic resin, polycarbonate (PC), or cycloolefin resin, and one side end face thereof provides an incident end face 32.
[0066]
A rod-shaped primary light source (cold cathode tube) L <b> 2 is disposed along the incident end face 32 and supplies light to the incident end face 32. It should be noted here that the length of the light emitting portion of the cold cathode tube L2 is slightly shorter than the length of the incident end face 32. Both ends are electrode portions EL1 and EL2, and do not emit light. Such a design is often employed in order to prevent the electrode portions EL1 and EL2 at both ends from protruding.
[0067]
A large number of micro reflectors 20 are provided on the back surface 34. The shape and size of each micro reflector 20 may be the same as that of the light guide plate 10. This point is the same in the third to sixth embodiments. The arrangement and orientation of a large number of micro reflectors 20 have the following characteristics.
[0068]
1. The coverage tends to increase according to the distance from the incident end face 32. This prevents a change in luminance depending on the distance from the incident end face 32 from appearing on the exit surface.
[0069]
2. In the corner areas C and D close to the electrode portions EL1 and EL2, the micro-reflectors 20 are particularly arranged at a high density. This arrangement prevents dark areas corresponding to the corner areas C and D from appearing on the exit surface together with the following four orientations.
[0070]
3. In most of the back surface 34, the orientation of the micro-reflector 20 is substantially perpendicular to the incident end surface 32 and aligned in the depth direction. That is, the bottom surface 21 of each micro-reflector 20 is located closer to the incident end surface 32 than the valley including the inclined surfaces 22 and 23.
[0071]
4). In the corner areas C and D, the orientation of the micro reflector 20 is inclined with respect to the incident end face 32, and the bottom face 21 is directed to the light emitting portion of the cold cathode tube L2. This makes the light arrival direction correspond to the orientation of the micro-reflector 20 and increases the direction change efficiency.
5. In both side portions 35 and 36 excluding the corner areas C and D, the orientation of the micro reflector 20 is inclined by a small angle with respect to the incident end face 32, and the bottom face 21 is directed to the light emitting part of the cold cathode tube L2. As in 4 above, this corresponds to the direction of arrival of light and the orientation of the micro-reflector 20 to increase the direction change efficiency.
[0072]
6). A large number of micro-reflectors 20 do not have an order that is arranged in a straight line. Thereby, the micro reflector 20 is made less noticeable. Further, when incorporated in a liquid crystal display, the occurrence of moire fringes due to the overlapping relationship with the matrix electrode arrangement is prevented.
[0073]
(3) Third embodiment
The schematic arrangement of the third embodiment is similar to the schematic arrangement of the first and second embodiments, but the employed light guide plate is different from them. In the present embodiment, the light guide plate 40 shown in FIG. 9 is employed. The light guide plate 40 is made of a transparent material such as acrylic resin, polycarbonate (PC), or cycloolefin resin, and two side end surfaces provide incident end surfaces 42a and 42b.
[0074]
Rod-shaped primary light sources (cold cathode tubes) L3 and L4 are arranged along the incident end faces 42a and 42b, and supply light to the incident end faces 42a and 42b, respectively.
[0075]
A large number of micro-reflectors 20 are provided on the back surface 44. The arrangement and orientation have the following characteristics.
1. The coverage and orientation of the microreflector are designed as follows. First, assuming only light supply from one primary light source L3, the distribution of coverage and orientation (referred to as distribution 1) is designed so that the luminance on the entire emission surface is uniform. Next, assuming only light supply from the other primary light source L4, the distribution of coverage and orientation (referred to as distribution 2) is designed so that the luminance on the entire emission surface is uniform. The distribution 1 and the distribution 2 are overlapped to obtain a coverage and orientation distribution (distribution 1 + distribution 2) in the present embodiment.
[0076]
Micro-reflectors 20 corresponding to distribution 1 form a first group, and micro-reflectors 20 corresponding to distribution 2 form a second group. It is preferable that the micro reflectors 20 constituting each group have approximately the same number, approximately the same shape, and approximately the same size.
[0077]
The coverage by the group 1 increases according to the distance from the incident end face 42a, while the coverage by the second group tends to increase according to the distance from the incident end face 42b. Therefore, as a whole, the gradients of distribution 1 and distribution 2 tend to cancel each other. In the illustrated example, a case with a substantially uniform coverage is depicted.
[0078]
The orientation of the micro reflector 20 is aligned substantially perpendicular to the incident end face 42. However, regarding the orientation, the bottom surface 21 of the group 1 micro-reflectors 20 is directed to the incident end face 42a, and the bottom face 21 of the group 2 micro-reflectors 20 is directed to the incident end face 42b.
[0079]
Note that such a grouping method according to the light introduction direction is applicable even when the light introduction directions are three or more. For example, when light is supplied to the light guide plate from four directions using four end faces, it is considered that there are four light input directions, and the covering rule distribution and orientation distribution of the micro reflector are designed by dividing into four groups. Just do it. As described in the example of the two groups, the entire coverage rule distribution and the orientation distribution distribution may be a superposition of the coverage rule distribution and the orientation distribution of the micro reflectors belonging to each group.
[0080]
2. Similar to the second embodiment, there is no order in which a large number of micro-reflectors 20 are arranged in a straight line. Thereby, the micro reflector 20 is made less noticeable. Further, when incorporated in a liquid crystal display, the occurrence of moire fringes due to the overlapping relationship with the matrix electrode arrangement is prevented.
[0081]
(4) Fourth embodiment
The schematic arrangement of the fourth embodiment is similar to the schematic arrangement of the first, second, and third embodiments, but the employed light guide plate and primary light source are different from them. In the present embodiment, the light guide plate 50 and the primary light source L5 shown in FIG. 10 are employed. The light guide plate 50 is made of a transparent material such as acrylic resin, polycarbonate (PC), or cycloolefin resin, and a concave portion 52a formed at the center of one side end surface 52 provides an incident end surface.
[0082]
The primary light source L5 is a point light source using, for example, one or a plurality of LEDs (light emitting diodes). Here, the “point light source” is a light source having a light emission area much smaller than the spread of the incident end face 52. The primary light source L5 is disposed so as to supply light to the light guide plate through the recess 52a. A large number of micro reflectors 20 are provided on the back surface 54. The arrangement and orientation have the following characteristics.
[0083]
1. The coverage tends to increase according to the distance from the recess 52a. This prevents a change in luminance depending on the distance from the recess 52a (point light source L5) from appearing on the exit surface.
2. Over the entire back surface 54, the orientation of the micro-reflector 20 is determined radially from the recess 52a (light emission position of the point light source). The bottom surface 21 of each micro reflector 20 is directed substantially toward the recess 52a.
[0084]
3. When the radiation characteristic of the point light source L5 has directivity in the front direction, the coverage of the micro reflector 20 may be increased around the side end face 52. In particular, for the corner areas E and F, the coverage is preferably increased.
[0085]
4). A large number of micro-reflectors 20 do not have an order that is arranged in a straight line. Thereby, the micro reflector 20 is made less noticeable. Further, when incorporated in a liquid crystal display, the occurrence of moire fringes due to the overlapping relationship with the matrix electrode arrangement is prevented.
[0086]
(5) Fifth embodiment
The schematic arrangement of the fifth embodiment is similar to the above-described embodiments, particularly the schematic arrangement of the fourth embodiment, but the light guide plate and the primary light source employed are different from those. In the present embodiment, the light guide plate 60 shown in FIG. 11 and the two primary light sources L6 and L7 are employed. The light guide plate 60 is made of a transparent material such as acrylic resin, polycarbonate (PC), or cycloolefin resin, and concave portions 62a and 62b formed at two locations on one side end surface 62 provide an incident end surface.
[0087]
The primary light sources L6 and L7 are point light sources similar to those used in the fourth embodiment, and are arranged so as to supply light to the light guide plate through the recesses 62a and 62b, respectively. A large number of micro reflectors 20 are provided on the back surface 64. The arrangement and orientation have the following characteristics.
[0088]
1. The coverage and orientation are designed so that a change in luminance does not appear on the exit surface in consideration of the positional relationship with the recesses 62a and 62b.
[0089]
First, assuming only light supply from one primary light source L6, the distribution of coverage and orientation (referred to as distribution 3) is designed so that the luminance on the entire emission surface is uniform. A group of micro reflectors according to this distribution 3 forms one group (referred to as group 3).
[0090]
Next, assuming only light supply from the other primary light source L7, a distribution of coverage and orientation (referred to as distribution 4) is designed so that the luminance on the entire emission surface is uniform. A group of micro reflectors according to this distribution 4 forms another group (referred to as group 4). The distribution 3 and the distribution 4 are overlapped to obtain a distribution of coverage and orientation (a distribution 3 followed by the group 3 + a distribution 4 followed by the group 4) in the present embodiment.
[0091]
The coverage by the distribution 3 increases according to the distance from the primary light source L6, while the coverage by the distribution 4 tends to increase according to the distance from the primary light source L7. Therefore, as a whole, the gradients of distribution 3 and distribution 4 tend to cancel each other. In the illustrated example, a case with a substantially uniform coverage is depicted.
[0092]
The orientation of the micro-reflector 20 is determined radially from the recess 62a according to the distribution 3 for the group 3 and radially from the recess 62b according to the distribution 4 for the group 4. The bottom surface 21 of each microreflector 20 of the former (group 3) is on the recess 62a side, and the bottom surface 21 of each microreflector 20 of the latter (group 3) is on the recess 62b side.
[0093]
As described above, even when light is supplied from a plurality of locations on one end face and there are a plurality of main light introduction directions to the micro reflector, the same grouping as described in the third embodiment can be performed. is there. In the present embodiment, an example is shown in which light is supplied from two locations on one end face. However, if light is supplied from three or more locations, the number of groups is increased accordingly and each group is increased. It is sufficient to design the coverage distribution and orientation distribution.
[0094]
2. A large number of micro-reflectors 20 do not have an order that is arranged in a straight line. Thereby, the micro reflector 20 is made less noticeable. Further, when incorporated in a liquid crystal display, the occurrence of moire fringes due to the overlapping relationship with the matrix electrode arrangement is prevented.
[0095]
(6) Sixth embodiment
As shown in FIG. 12, the surface light source device of the present invention is also applicable to front lighting of a front light type liquid crystal display. This is the sixth embodiment.
[0096]
The light guide plate 70 of the surface light source device used for front lighting is arranged on the front surface (observation surface side) of the liquid crystal panel. The liquid crystal panel includes a scattering film (light diffusion sheet) 101, a polarizing plate 102, a first glass substrate 103, a color filter 104, a liquid crystal cell 105, a specular reflection electrode 106, and a second glass substrate 107. The color filter 104 has three primary color regions R, G, and B. Since the structure and operating principle of such a liquid crystal panel are well known, detailed description thereof will be omitted.
[0097]
The light guide plate 70 and the primary light source (not shown) may follow any of the first to fifth embodiments.
[0098]
The light guide plate 70 used for front lighting is arranged so that the emission surface 73 faces the liquid crystal panel. As indicated by symbols H, J, and K, when the light H propagating through the light guide plate 70 is input to the micro reflector 20, it is converted into the internal output light J by the internal reflection twice described above. The internal output light J is emitted substantially perpendicularly from the emission surface 73 and enters the liquid crystal panel.
[0099]
The internal output light J is reflected by the specular reflection electrode 106 through the scattering film (light diffusion sheet) 101, the polarizing plate 102, the first glass substrate 103, the color filter 104, and the liquid crystal cell 105. The reflected light reaches the polarizing plate 102 through the liquid crystal cell 105, the color filter 104, and the glass substrate 103 again. Transmission / cutoff of the polarizing plate 102 is determined depending on ON / OFF (polarization state) of the specular reflection electrode 106 of the corresponding pixel. If the specular reflection electrode 106 allows transmission through the polarizing plate 102, it is emitted as display light K from the back surface 74 through the scattering film (light diffusion sheet) 101 and the light guide plate 70.
[0100]
What is important here is that most of the light that encounters the micro-reflector 20 on the back surface 74 is emitted from the flat bottom surface 21 almost in the front direction. FIG. 13 shows this state. Since the micro reflector 20 has a trapezoidal shape as shown in FIGS. 7A to 7C and FIG. 13, the micro reflector 20 returns from the liquid crystal display panel into the light guide plate 70 and encounters the micro reflector 20. The internal incident positions of the return lights R10 and R20 come on the bottom surface 21 with a high probability. Since the bottom surface 21 is substantially parallel to the general surface of the back surface 74, emission from the bottom surface 21 is equivalent to emission from a portion of the back surface 74 where the micro-reflector 20 is not present.
[0101]
Since the light supply to the liquid crystal display panel is normally performed substantially in the front direction, the return lights R10 and R20 enter the bottom surface 21 substantially perpendicularly and become the emitted lights S10 and S20 in the substantially front direction without bending. This prevents a decrease in display contrast and a decrease in display information sharpness (blurred display image) (see FIG. 3 and the related description and comparison).
[0102]
It is preferable that the exit surface of the light guide plate used in the embodiments described above, particularly the sixth embodiment, is covered with an antireflection layer. FIG. 14 shows a cross section when the antireflection layer is provided on the light exit surface of the light guide plate. The antireflection layer AR is made of, for example, MgF 2 (refractive index: 1.38), and the thickness t is, for example, 99.6 μm. The light guide plate is made of polycarbonate (PC) (refractive index: 1.58).
[0103]
A part of the light incident on the exit surface is partially reflected and partially transmitted by the PC-MgF2 interface and the MgF2-air interface. As is well known, when the thickness, refractive index, wavelength, and incident angle of the antireflection layer AR are set such that the transmitted light T is strengthened by interference and the reflected light R is weakened by interference, Functions as a prevention layer.
[0104]
FIG. 15 shows the reflectance (100% -emission rate) under the above conditions as a function of wavelength for vertically incident light, together with the case without the antireflection layer. As understood from the graph, in the case without the antireflection layer (NCT), the reflectance is almost constant 3.8%. On the other hand, in the case (CT) in which the antireflection layer is used, a low reflectance of about 1% to 2% is obtained in a wavelength region of about 400 μm to 780 μm.
[0105]
Therefore, if such an antireflection layer is provided on the exit surface of the light guide plate used in the embodiments, particularly the sixth embodiment, the exit from the exit surface becomes smooth, and the noise derived from the reflected light is reduced. The
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the micro-reflectors distributed on the back surface of the light guide plate fulfill an efficient direction changing function mainly based on the internal reflection twice. The direction of the internal output light at that time can be adjusted by the orientation of the slope pair included in the valley adjacent to the flat surface of the micro reflector.
[0107]
Therefore, unlike the direction change that relies on scattering and diffusion, light emission in an unnecessary direction is prevented. Further, the emission in the front direction or the peripheral direction can be achieved without a prism sheet.
[0108]
Furthermore, even if the front lighting arrangement is adopted for an object to be illuminated such as a liquid crystal display panel, the degree to which the path of the return light from the object to be illuminated is disturbed by the micro reflector is reduced. In particular, when applied to a front-lit type liquid crystal display device, it is possible to prevent deterioration in contrast and sharpness of a display image.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining a conventional technique, in which FIG. 1A illustrates the principle of an edge lighting effect, and FIGS.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the prior art (related invention according to the prior application), in which FIG. 2A is an enlarged view of the periphery of the micro-reflector and a perspective view for explaining the optical path of the internal input light, and FIG. It is the perspective view which showed the shape of the reflector.
FIG. 3 is a diagram illustrating a problem when the prior art shown in FIG. 2 is applied to front lighting.
4A and 4B are schematic views of a first embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a plan view seen from the back side of a light guide plate, and FIG. 4B is a side view seen from the left in FIG. Each one is represented.
5A shows an arrangement of the micro-reflectors 20 in the first embodiment in the vicinity of the circle A in FIG. 4A, and FIG. 5B shows the vicinity of the circle B in FIG. 4A. The sequence of is extracted and drawn.
FIG. 6 is a diagram for explaining a typical route (main route) until input light to the light guide plate is emitted from the emission surface through the direction change by the micro reflector.
7 is a diagram illustrating the direction change of the micro-reflector 20 from three directions in the arrangement of FIG. 6, where (a) is from the + z-axis direction, (b) is from the + x-axis direction, and (c). Is a drawing from the + y-axis direction.
FIG. 8 is a plan view for explaining a micro-reflector arrangement in the second embodiment.
FIG. 9 is a plan view for explaining a micro-reflector arrangement in the fourth embodiment.
FIG. 10 is a plan view for explaining a micro-reflector arrangement in the second embodiment.
FIG. 11 is a plan view for explaining a micro-reflector arrangement in the fifth embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a sixth embodiment applied to front lighting of a front light type liquid crystal display.
FIG. 13 is a diagram for explaining advantages when the present invention is applied to front lighting.
FIG. 14 is a diagram for explaining the action of an antireflection film.
FIG. 15 is a graph illustrating characteristics of an antireflection film.
[Explanation of symbols]
1, 10, 30, 40, 50, 60, 70, 100 Light guide plate
2, 12, 32, 42a, 42b Incident end face
3, 13, 73 Outgoing surface (one major surface)
4, 14, 34, 44, 54, 64, 74 Back (the other major surface)
5 recesses
5a, 5b slope
20, 120 Micro reflector
21 Bottom)
22, 23, 121-124 Slope
24, 25 Sharp surface
26 Valley bottom
26a The beginning of the valley floor
26b End of valley bottom
35, 36 Sides of light guide plate
52, 62 Side end face of light guide plate
52a, 62a, 62b Recessed part (incident end face)
101 scattering film (light diffusion sheet)
102 Polarizing plate
103, 107 Glass substrate
104 Color filter
105 Liquid crystal cell
106 Specular reflection electrode
C, D, E, F Corner area of light guide plate
L, L1-L7 Primary light source
LP LCD panel

Claims (7)

少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含む面光源装置において;
前記背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、
各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、
各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供し、
前記底面は、前記谷の光入力側に設けられ、且つ、前記背面が延在する一般面とほぼ平行に延在しており、
前記谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、前記底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されており、
それにより、前記谷に到来した内部入力光が前記第1の斜面及び前記第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成されるようになっており、
前記谷の谷底の延在方向は、前記谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、前記背面上の位置に応じて変化する分布を有している、前記面光源装置
In a surface light source device comprising at least one primary light source, a light guide plate with two major surfaces providing an exit surface and a back surface, and a side end surface for introducing light from the primary light source ;
The back is provided with a number of micro reflectors for changing the direction of light travel,
Each micro-reflector forms a protrusion protruding in a plateau form from a general surface extending from the back surface,
Each micro-reflector provides a flat bottom surface inside and a valley adjacent to the bottom surface,
The bottom surface is provided on the light input side of the valley, and extends substantially parallel to a general surface from which the back surface extends,
The valley includes a first slope and a second slope, and is formed to have a tendency to become narrower and shallower as the distance from the bottom surface increases.
As a result, the internal input light that has arrived at the valley is internally reflected on one of the first slope and the second slope, and then internally reflected on the other slope, and the internal output light that travels toward the exit surface. Is generated ,
The surface light source device , wherein the extending direction of the bottom of the valley has a distribution that changes according to the position on the back surface so as to substantially coincide with the main arrival direction of the internal input light to the valley .
前記光導入が互いに異なる複数の方向からなされ、前記多数のマイクロレフレクタは、前記複数の方向からなされる光導入に対応してグループ分けされており、
各グループに属するマイクロレフレクタは、前記グループ分けに対応した分担で内部出力光の生成を行なうように配向されている、請求項1に記載された面光源装置
The light introduction is made from a plurality of different directions, and the multiple micro reflectors are grouped corresponding to the light introduction made from the plurality of directions,
2. The surface light source device according to claim 1 , wherein the micro-reflectors belonging to each group are oriented so as to generate internal output light in a share corresponding to the grouping .
前記複数のグループは、それぞれほぼ同数、ほぼ同形状、ほぼ同サイズのマイクロレフレクタで構成されている、請求項2に記載された面光源装置。 The surface light source device according to claim 2, wherein each of the plurality of groups includes substantially the same number, substantially the same shape, and substantially the same size of microreflectors . 液晶パネルを照明する面光源装置を備えた液晶表示装置であって;
前記面光源装置は、少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含み;
前記背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、
各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、
各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供し、
前記底面は、前記谷の光入力側に設けられ、且つ、前記背面が延在する一般面とほぼ平行に延在しており、
前記谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、前記底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されており、
それにより、前記谷に到来した内部入力光が前記第1の斜面及び前記第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成されるようになっており、
前記谷の谷底の延在方向は、前記谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、前記背面上の位置に応じて変化する分布を有している、前記液晶表示装置。
A liquid crystal display device comprising a surface light source device for illuminating a liquid crystal panel;
The surface light source device includes a light guide plate having at least one primary light source, two major surfaces providing an emission surface and a back surface, and a side end surface for introducing light from the primary light source;
The back is provided with a number of micro reflectors for changing the direction of light travel,
Each micro-reflector forms a protrusion protruding in a plateau form from a general surface extending from the back surface,
Each micro-reflector provides a flat bottom surface inside and a valley adjacent to the bottom surface,
The bottom surface is provided on the light input side of the valley, and extends substantially parallel to a general surface from which the back surface extends,
The valley includes a first slope and a second slope, and is formed to have a tendency to become narrower and shallower with distance from the bottom surface,
As a result, the internal input light that has arrived at the valley is internally reflected on one of the first slope and the second slope, and then internally reflected on the other slope, and the internal output light that travels toward the exit surface. Is generated,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the extending direction of the bottom of the valley has a distribution that varies depending on the position on the back surface so as to substantially coincide with the main arrival direction of the internal input light to the valley .
液晶パネルを前面から照明する面光源装置を備えたフロントライト型の液晶表示装置であって;
前記面光源装置は、少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含み;
前記背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、
各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、
各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供し、
前記底面は、前記谷の光入力側に設けられ、且つ、前記背面が延在する一般面とほぼ平行に延在しており、
前記谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、前記底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されており、
それにより、前記谷に到来した内部入力光が前記第1の斜面及び前記第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成されるようになっており、
前記谷の谷底の延在方向は、前記谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、前記背面上の位置に応じて変化する分布を有している、前記液晶表示装置。
A front light type liquid crystal display device comprising a surface light source device for illuminating a liquid crystal panel from the front;
The surface light source device includes a light guide plate having at least one primary light source, two major surfaces providing an emission surface and a back surface, and a side end surface for introducing light from the primary light source;
The back is provided with a number of micro reflectors for changing the direction of light travel,
Each micro-reflector forms a protrusion protruding in a plateau form from a general surface extending from the back surface,
Each micro-reflector provides a flat bottom surface inside and a valley adjacent to the bottom surface,
The bottom surface is provided on the light input side of the valley, and extends substantially parallel to a general surface from which the back surface extends,
The valley includes a first slope and a second slope, and is formed to have a tendency to become narrower and shallower with distance from the bottom surface,
As a result, the internal input light that has arrived at the valley is internally reflected on one of the first slope and the second slope, and then internally reflected on the other slope, and the internal output light that travels toward the exit surface. Is generated,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the extending direction of the bottom of the valley has a distribution that varies depending on the position on the back surface so as to substantially coincide with the main arrival direction of the internal input light to the valley .
前記光導入が互いに異なる複数の方向からなされ、前記多数のマイクロレフレクタは、前記複数の方向からなされる光導入に対応してグループ分けされており、
各グループに属するマイクロレフレクタは、前記グループ分けに対応した分担で内部出力光の生成を行なうように配向されている、請求項4または請求項5に記載された液晶表示装置。
The light introduction is made from a plurality of different directions, and the multiple micro reflectors are grouped corresponding to the light introduction made from the plurality of directions,
6. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein the micro-reflectors belonging to each group are oriented so as to generate internal output light in a share corresponding to the grouping .
前記複数のグループは、それぞれほぼ同数、ほぼ同形状、ほぼ同サイズのマイクロレフレクタで構成されている、請求項6に記載された液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 6, wherein each of the plurality of groups includes substantially the same number, substantially the same shape, and substantially the same size of microreflectors .
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